CN104067134A - 电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能利用一个磁芯来检测出较宽范围的电流、且在有过大电流流过时能可靠地检测出该过大电流的电流检测装置。本发明包括：励磁线圈(3)，其卷绕于将有测定电流流过的导线包围的磁芯(2)；及振荡电路(4)，其根据设定的阈值，产生在磁芯(2)处于饱和状态或接近饱和的状态下、使提供给励磁线圈(3)的励磁电流的磁性反转的矩形波电压。本发明还包括：占空比检测电路(5)，其基于从振荡电路(4)输出的矩形波电压的占空比变化，检测测定电流；频率检测电路(7)，其基于从振荡电路(4)输出的矩形波电压的频率，检测测定电流的过电流；以及振荡振幅检测电路(6)，其基于从振荡电路(4)输出的矩形波电压的峰值，检测测定电流的过电流。

Description

电流检测装置

技术领域

本发明涉及可适用于漏电断路器、漏电警报器等的电流检测装置。

背景技术

作为这种电流检测装置，提出并实施了具有各种结构的装置，但作为结构简单、能检测出微小电流的装置，已知有磁通门型(flux gate)的电流传感器(例如，参照专利文献1)。

该专利文献1所记载的现有例的电流传感器具有图10(a)所示的结构。即，该电流传感器包括软质磁性体制的构成为形状相同、大小相等的呈圆环状的芯101及102、以及以相等匝数卷绕于各芯101及102的励磁线圈103、以跨越各芯101及102的方式一并卷绕的检测线圈104.

励磁线圈103与未图示的交流电源相连接，而检测线圈104与未图示的检测电路相连接。而且，在两个芯101及102的中心插入有作为测定电流的对象物的被测定导线105。

励磁线圈103以对其通电时两芯101及102中产生的磁场为反相而彼此抵消的方式卷绕于芯101及102。

而且，在励磁线圈103中通电有励磁电流iex时，各芯101及102中产生的磁通密度B的经时变化如图10(b)所示。关于软质磁性体制的芯101及102的磁气特性，在磁场的大小H处于规定范围内时，磁场的大小H与磁通密度B处于线性关系。然而，若磁场的大小H超过规定值，则磁通密度B成为不发生变化的磁饱和状态，由于处于这种关系，因此，若励磁线圈103中通电有励磁电流iex，则各芯101及102中产生的磁通密度B如实线图示的那样呈上下对称的梯形波状变化，且彼此处于错开180°相位的状态。

若在被测定导线105中如箭头所示地向下通电有直流电流值I，则重叠有与该直流部分相当的磁通密度，其结果是，磁通密度B如图10(b)中虚线所示呈如下状态：梯形波中，上方的梯形波的宽度被扩大，另一方面下方的梯形波的宽度被缩小。

此处，若用正弦波(对应于电动势)来呈现两芯101及102中产生的磁通密度B的变化，则成为如图10(c)所示那样。在该图10(c)中，对应于上述图10(b)中实线图示的梯形波，如实线图示的那样呈现错开180°相位的频率f的正弦波(电动势)，由于它们错开180°，因此相互抵消。另一方面，对应于图10(b)中虚线图示的梯形波，图10(c)中呈现虚线图示那样的2倍频率2f的二次谐波。该二次谐波的相位错开180°，因此，若相互重叠，则成为如图10(c)的最下部所示的正弦波信号，这由检测线圈104检测出。

由该检测线圈104捕捉到的检测信号对应于在被测定导线105中流过的直流的电流值I，通过对其进行处理，从而能检测出电流值I。

此外，作为其他现有例，提出了一种电流传感器，其包括：一个以上的第1检测变压器，其具有流过要检测的电流的一次绕组、及与该一次绕组电绝缘且利用磁芯与一次绕组进行磁耦合的二次绕组；以及检测单元，检测单元具备：包含检测出饱和并据此使磁化电流的方向反转的单元，且为了将上述磁芯周期性地驱动成饱和状态而向上述二次绕组交替提供相反方向的磁化电流的单元；以及输出与所感测的电流实质上成比例的输出信号的处理单元(例如，参照专利文献2)。

该电流传感器还包括：低通滤波器，其与上述第1检测变压器的二次绕组相连接并对因感测的电流而在上述二次绕组中被生成的磁化电流的低频或直流分量进行分离；以及第2检测变压器，其具有使所感测的电流通过的一次绕组、二次绕组，该二次绕组的输入侧与上述低通滤波器的输出部相结合，其输出侧通过生成该电流传感器的输出信号的电阻接地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-162244号公报

专利文献2：日本专利第2923307号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1所记载的现有例中，使用两个芯101及102。使芯101及102的磁气特性完全一致实际上是较为困难的，因此，因该磁气特性的差异，导致由励磁电流iex所引起的电压无法完全抵消。这使与二次谐波分量相对应的检测电压的S/N比恶化，存在难以检测出微小电流这一未解决的问题。

此外，与从检测线圈104输出的电流值I对应的二次谐波在电流值I过大时，如图10(b)中虚线图示的那样，梯形波的形状发生变形，从而电流I和二次谐波分量的关系不再是比例关系。由此，电流值I的检测范围受到限制，从而还存在无法检测出较宽范围的电流这一未解决的问题。

此外，由于使用至少两个芯，因此，还存在难以实现小型化、低成本化这一未解决的问题。

此外，在专利文献2所记载的现有例中，需要设置第1检测变压器和第2检测变压器，也存在无法利用一个磁芯检测出较宽范围的电流这一未解决的问题。

进一步地，在被测定电线中有过大的直流电流流过的情况下，还存在无法检测出该过大的直流电流这一未解决的问题。

因此，本发明着眼于上述问题，其目的在于提供一种能利用一个磁芯来检测出较宽范围的电流，且在有过大电流流过时能可靠地检测出该过大电流的电流检测装置。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明具有以下结构。

本发明的一个方式的电流检测装置的特征在于，包括：励磁线圈，该励磁线圈卷绕于将有测定电流流过的导线包围的磁芯；振荡单元，该振荡单元根据设定的阈值，产生在所述磁芯处于饱和状态或接近饱和状态时，使提供给所述励磁线圈的励磁电流的磁性反转的矩形波电压；电流检测单元，该电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比变化，检测所述测定电流；第1过电流检测单元，该第1过电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的频率，检测所述测定电流的过电流；以及第2过电流检测单元，该第2过电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的峰值，检测所述测定电流的过电流。

此外，所述电流检测单元检测所述矩形波电压的占空比变化，根据该检测结果，可检测出所述测定电流的第1过电流。所述第1过电流检测单元检测所述矩形波电压的频率变化，根据该检测结果，可检测出所述测定电流的第2过电流。所述第2过电流检测单元检测所述矩形波电压的峰值变化，根据该检测结果，可检测出所述测定电流的第3过电流。

此外，上述一个方式的电流检测装置还可包括输出单元，该输出单元在所述电流检测单元检测出所述测定电流的第1过电流、所述第1过电流检测单元检测出所述测定电流的第2过电流、或所述第2过电流检测单元检测出所述测定电流的第3过电流时，输出所述测定电流为过电流的信号。

此外，本发明的其他方式的电流检测装置的特征在于，包括：励磁线圈，该励磁线圈卷绕于将有测定电流流过的导线包围的磁芯；振荡单元，该振荡单元根据设定的阈值，产生在所述磁芯处于饱和状态或接近饱和状态时，使提供给所述励磁线圈的励磁电流的磁性反转的矩形波电压；电流检测单元，该电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比，根据该检测结果，检测所述测定电流是否为第1过电流；第1过电流检测单元，该第1过电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的频率变化，根据该检测结果，检测所述测定电流是否为第2过电流；以及第2过电流检测单元，该第2过电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的峰值变化，根据该检测结果，检测所述测定电流是否为第3过电流。

所述电流检测单元可包括：占空比检测电路，该占空比检测电路检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比；以及第1比较电路，该第1比较电路将占空比检测电路检测出的占空比与预定的基准值进行比较，在所述占空比为所述基准值以下时，输出表示检测出所述测定电流为第1过电流这一情况的信号。

所述第1过电流检测单元可包括：高通滤波电路，该高通滤波电路对从所述振荡单元输出的所述矩形波电压进行滤波处理；第1绝对值检测电路，该第1绝对值检测电路检测所述高通滤波电路的输出的绝对值；以及第2比较电路，该第2比较电路将所述第1绝对值检测电路检测出的绝对值与预定的第1基准值进行比较，在所述绝对值为所述第1基准值以上时，输出表示检测出所述测定电流为第2过大电流这一情况的信号。

所述第2过电流检测单元可包括：第2绝对值检测电路，该第2绝对值检测电路检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的绝对值；以及第3比较电路，该第3比较电路将所述第2绝对值检测电路检测出的绝对值与预定的第2基准值进行比较，在所述绝对值为所述第2基准值以下时，输出表示检测出所述测定电流为第3过大电流这一情况的信号。

上述其他方式的电流检测装置还可包括或门电路，该或门电路输入所述第1比较电路的输出信号、所述第2比较电路的输出信号、以及所述第3比较电路的输出信号。所述输出信号可分别为高电平的信号。

发明效果

这样，在本发明中，电流检测单元基于从振荡单元输出的矩形波电压的占空比变化，检测测定电流。

此外，第1过电流检测单元基于从振荡单元输出的矩形波电压的频率，检测过电流。

进一步地，第2过电流检测单元基于从振荡单元输出的矩形波电压的峰值，检测测定电流的过电流。

因此，根据本发明，在导线中有过电流流过的情况下，无论振荡单元有无停止，都能检测出该过电流。而且，根据本发明，在有过电流流过的情况下，能在较宽的检测范围内高精度地检测出过电流。

附图说明

图1是表示本发明的电流检测装置的实施方式的结构的图。

图2是将图1的各部分的结构具体化的图。

图3是表示振荡电路的具体结构的电路图。

图4是说明磁芯的B-H特性曲线的图。

图5是说明测定电流I＝0时的磁芯与振荡电路的关系的图。

图6是说明测定电流I处于0～I₁的范围内时的磁芯与振荡电路的关系的图。

图7是说明测定电流I处于I₁～I₂的范围内时的磁芯与振荡电路的关系的图。

图8是说明测定电流I为I₃以上时的磁芯与振荡电路的关系的图。

图9是表示实施方式的各部分的波形例的波形图。

图10是说明现有装置的图。

具体实施方式

下面，基于附图说明本发明的实施方式。

[实施方式的结构]

图1是表示本发明的电流检测装置的实施方式的结构的图。图2是将图1的各部分的结构具体化的图。图3是表示振荡电路的具体结构的电路图。

如图1所示，本实施方式的电流检测装置用于检测导线1a、1b中流过的电流Ia、Ib之差即检测测定电流I，在导线1a、1b周围配置有环状的磁芯2。即，导线1a、1b插入到磁芯2内。

导线1a、1b设置于例如漏电检测等的对象物，是例如有10A～800A的往返电流I流过的导线，虽然在健全状态下，导线1a、1b中流过的电流之和为零(0)，但若因漏电或接地短路等而导致导线1a、1b中流过的电流之和不为零，则在导线1a、1b中有作为检测对象的例如15mA～500mA左右的微小差异电流流过。

而且，本实施方式中，如图1所示，包括励磁线圈3、振荡电路4、占空检测电路5、振荡振幅检测电路6、频率检测电路7、及两个或门电路9a、9b。此处，振荡振幅检测电路6和频率检测电路7构成过电流检测电路8。

另外，振荡电路4、占空检测电路5分别相当于本发明的振荡单元、电流检测单元。此外，频率检测电路7、振荡振幅检测电路6分别相当于本发明的第1过电流检测单元、第2过电流检测单元。

在磁芯2上，励磁线圈3以规定匝数进行卷绕，从振荡电路4对该励磁线圈3提供励磁电流。

振荡电路4如后所述，根据设定的阈值，产生在磁芯2处于饱和状态或接近饱和的状态下、将提供给励磁线圈3的励磁电流的磁性反转的矩形波电压。

因此，如图3所示，振荡电路4包括作为比较器进行动作的运算放大器11。在该运算放大器11的输出侧与反转输入侧之间连接有励磁线圈3。此外，运算放大器11的反转输入侧经由电阻12接地，运算放大器11的非反转输入侧连接在分压电阻13及14之间，该分压电阻13及14串联连接在运算放大器11的输出侧及接地之间。运算放大器11的输出侧连接到输出端子15。

占空检测电路5如后所述，基于振荡电路4的输出电压Va，检测输出电压Va的占空比，基于该检测结果，检测测定电流I。此外，占空检测电路5基于检测出的占空比，检测测定电流I是否为第1过电流，在检测出第1过电流时，将表示这一情况的高电平信号输出到或门电路9b。

频率检测电路7如后所述，基于振荡电路4的输出电压Va的频率，检测测定电流I是否为第2过电流，在检测出第2过电流时，将表示这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

振荡振幅检测电路6如后所述，基于从振荡电路4输出的输出电压Va的峰值，检测测定电流I是否为第3过电流，在检测出第3过电流时，将表示这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

或门电路9a对频率检测电路7的输出信号和振荡振幅电路6的输出信号进行逻辑和处理，将其处理结果输出到或门电路9b。此外，或门电路9b对占空检测电路5的输出信号和或门电路9a的输出信号进行逻辑和处理。

接下来，参照图2，对图1所示的占空检测电路5、振荡振幅检测电路6、及频率检测电路7各自的具体结构进行说明。

如图2所示，占空检测电路5包括占空比检测电路51和比较电路52。

占空比检测电路51检测从振荡电路4输出的输出电压Va的占空比。比较电路52将占空比检测电路51检测出的占空比与预定的基准值进行比较，在该占空比为基准值以下时，输出表示检测出过大电流这一情况的高电平的信号。

如图2所示，频率检测电路7包括高通滤波电路71、绝对值检测电路72、及比较电路(比较器)73。

高通滤波电路71对从振荡电路4输出的输出电压Va进行滤波处理并输出。绝对值检测电路72检测高通滤波电路71的输出电压的绝对值。比较电路73将绝对值检测电路72检测出的绝对值与预定的基准电压V1进行比较，在该绝对值为基准电压V1以上时，输出高电平的信号，以作为表示检测出过大电流这一情况的信号。

如图2所示，振荡振幅检测电路6包括绝对值检测电路61和比较电路(比较器)62。

绝对值检测电路61检测从振荡电路4输出的输出电压Va的绝对值(峰值)。比较电路62将绝对值检测电路61检测出的绝对值与预定的基准电压V2进行比较，在该绝对值为基准电压V2以下时，输出高电平的信号，以作为表示检测出过大电流这一情况的信号。

[实施方式的动作]

下面，参照附图说明实施方式的动作例。

(振荡电路的动作)

首先，参照图3，对振荡电路4的动作进行说明。

该振荡电路4中，将分压电阻13及14的连接点E的阈值电压Vth提供到运算放大器11的非反转输入侧，将该阈值电压Vth与励磁线圈3及电阻12的连接点D的电压Vd进行比较，其比较输出作为矩形波的输出电压Va从输出侧输出(例如参照图9(b)～(d))。

若运算放大器11的输出侧的输出电压Va变成高电平，则将其施加于励磁线圈3。因此，利用与输出电压Va和电阻12的电阻值R12相对应的励磁电流I_L来对励磁线圈3进行励磁。此时，如图9(a)所示，励磁电流I_L以由励磁线圈3的电感值L和电阻12的电阻值R12决定的时间常数上升。

此时，运算放大器11的非反转输入侧连接有电阻13与电阻14的连接点4，因此，由电阻13和电阻14分压得到的电压作为阈值电压Vth而输入。另一方面，运算放大器11的反转输入侧的励磁线圈3与电阻12的连接点D的电压Vd随着励磁线圈3的励磁电流I_L的增加而增加。若该电压Vd＝R12×I_L超过阈值电压Vth，则运算放大器11的输出电压Va反转成低电平。

由此，励磁线圈3中流过的励磁电流I_L的极性反转，励磁电流I_L以由励磁线圈3的电感值L和电阻R12的电阻值R12决定的时间常数减少。

此时，关于阈值电压Vth，由于输出电压Va变成低电平，因此，阈值电压Vth也变成低电压。然后，连接点D的电压Vd随着励磁线圈3的励磁电流I_L的减少而减少，在低于阈值电压Vth时，运算放大器11的输出电压Va如图9(b)～(d)所示那样反转成高电平。

图9(a)中，设从高电平变为低电平的阈值励磁线圈电流为I_L2，从低电平变为高电平的阈值励磁线圈电流为I_L1。

通过这样的动作，如图9(b)～(d)所示，振荡电路4的输出电压Va成为交替重复高电平和低电平的矩形波电压，振荡电路4作为无稳态多谐振荡器而进行动作。而且，如图9(a)所示，励磁线圈3的励磁电流成为交替重复增加和减少的锯齿状波电流。

此外，磁芯2的芯材质采用具有高磁导率μ的软磁性材料。在卷绕于使用这种芯的环状圈磁芯的励磁线圈中有电流流过时，因该电流在芯中产生磁场H，在芯内部产生磁通密度B的磁通。关于芯的磁场H和磁通密度的特性(B-H特性)，如图4所示，在磁场H增加时，磁通密度B急剧上升。然后，在磁场H为某一值以上时，磁通密度B的上升变缓，之后，达到磁通密度饱和的饱和区域(饱和磁通密度Bs)。

(磁芯和振荡电路的关系)

接下里，对磁芯2和振荡电路4的关系进行说明。

此处，磁芯2的B-H特性实际上如图4的实线所示那样具有磁滞。然而，为了使说明易于理解，设磁芯2的B-H特性具有图4的虚线所示的磁滞的中心值的特性。

现设为将来自振荡电路4的矩形波电压施加到卷绕于磁芯2的励磁线圈3。此时，在磁芯2的环状圈内流过的测定电流I＝0的情况下，磁芯2的内部的磁场H及磁通密度B中，图5(a)的B-H特性的粗线部分为动作区域。即，磁芯2的内部的磁场H及磁通密度B在正侧及负侧为对称的状态下使用。

此外，若设磁芯2的平均磁路长度为lm、励磁线圈3卷绕于磁芯2的匝数为N，则由于存在N×I_L＝H×lm的关系，因此，磁场H与励磁电流I_L成比例，且由于磁导率μ为B-H特性的斜率(μ＝dB/dH)，因此，励磁电流I_L与磁导率μ的关系可由图5(b)来表示。

此外，励磁线圈3的电感值L可由下式来表示。

[数学式1]

$L=N\×\frac{\mathrm{d\Φ}}{{\mathrm{dI}}_L}=N\×\frac{d\left(\mathrm{BS}\right)}{d\left(\frac{\mathrm{Hlm}}{N}\right)}=N^2\×\frac{S}{\mathrm{lm}}\×\frac{\mathrm{dB}}{\mathrm{dH}}=N^2\×\frac{S}{\mathrm{lm}}\×\mathrm{\μ}$

此处，φ为磁芯2内的磁通，S为磁芯2的截面积。

根据上式，励磁线圈3的电感L与磁导率μ成比例，因此，图5(b)可视为表示励磁电流I_L和电感值L的关系的特性曲线。在测定电流I＝0的情况下，图5(b)的动作范围为实线的粗线部分，因此，励磁线圈3的电感值L基本为固定值(L₀)。

因而，在磁芯2的环状圈内流过的测定电流I＝0的情况下，无论振荡电路4的励磁线圈3的励磁电流I_L增加时还是减少时，励磁线圈3的电感值L均为同一值L₀。因此，励磁电流I_L增加时及减少时的时间常数为同一值，振荡电路4的输出电压(矩形波电压)Va的高电平和低电平为1：1的占空比。

因此，在测定电流I＝0时，励磁线圈3的励磁电流I_L如图9(a)的实线那样，振荡电路4的输出电压如图9(b)的实线那样。

接下来，在磁芯2的环状圈内作为测定电流I有电流I₁流过。

该电流I₁为导线1a中流过的电流Ia与导线1b中流过的电流Ib之差的电流，是对应于漏电、接地短路的电流。在电流I₁流过时，在磁芯2内产生由电流I₁引起的磁场H₁。通过该磁场H₁，磁芯2的B-H特性曲线如图6(a)那样为相对于测定电流I＝0时的磁场H移动了磁场H₁后的特性曲线。

若对卷绕于这种特性的磁芯2的励磁线圈3施加来自振荡电路4的矩形波电压，则磁芯2的动作区域为图6(a)的实线的粗线部分。因此，图6(b)的实线的粗线部分为动作区域中的励磁线圈3的电感值L。而且，励磁线圈3的电感值L在励磁电流I_L为负的情况下与测定电流I＝0的情况下的电感值L基本为同一值(L₀)，而在励磁电流I_L为正的情况下为小于L₀的值。

因此，在励磁电流I_L增大的情况下，由振荡电路4的电阻12的电阻值R12和励磁线圈3的电感值L所决定的时间常数比测定电流I＝0的情况下的时间常数要小，因此，励磁电流I_L的上升较快。另一方面，在励磁电流I_L减少的情况下，励磁电流I_L以与测定电流I＝0的情况基本相同的时间常数下降。因此，励磁线圈3的励磁电流I_L如图9(a)的虚线那样，振荡电路4的输出电压如图9(c)的虚线那样。

因而，振荡电路4的输出电压Va的关断电平的期间T_L1与测定电流I＝0的情况下的关断电平的期间T_L0基本相同，但其接通电平的期间T_H1比测定电流I＝0的情况下的接通电平的期间T_H0要小。因此，振荡电路4的输出电压Va中，接通电平和关断电平的占空比发生变化。

其结果是，测定电流I在从0到I₁的范围内，振荡电路4的作为矩形波电压的输出电压Va的占空比根据测定电流I(电流Ia与电流Ib之差的电流值)而变化。

接下来，若测定电流I成为比I₁还要大的I₂，则在磁芯2内产生由电流I₂引起的磁场H₂。通过该磁场H₂，磁芯2的B-H特性曲线如图7(a)那样为相对于测定电流I＝0时的磁场H移动了磁场H₂后的特性曲线。

若对卷绕于这种特性的磁芯2的励磁线圈3施加来自振荡电路4的矩形波电压，则磁芯2的动作区域为图7(a)的实线的粗线部分。因此，图7(b)的实线的粗线部分为动作区域中的励磁线圈3的电感值L。而且，无论励磁电流I_L为正还是为负，励磁线圈3的电感值L都为比测定电流I＝0的情况下的电感值L₀要小的值。

因此，励磁电流I_L无论是上升还是下降的情况都比测定电流I＝0的情况要快。因此，励磁线圈3的励磁电流I_L如图9(a)的点划线那样，振荡电路4的输出电压Va如图9(d)的点划线那样。

这样，在测定电流I为比I₁还要大的I₂的情况下，振荡电路4的输出电压Va的接通电平期间T_H2和关断电平期间T_L2双方均比测定电流I＝0的情况下的接通电平期间T_H0和关断电平期间T_L0要短。因此，接通电平期间和关断电平期间的占空比不与测定电流I成比例，仅靠检测出占空比，无法检测出测定电流I。

若测定电流I处于这样的检测区域，则振荡电路4的由矩形波构成的输出电压Va的振荡频率f可由下式来求出，比测定电流I＝0的情况下的振荡频率f要高。

f＝1/(T_H2+T_L2)

这样，振荡电路4的输出电压Va的频率急剧变高，因此，根据构成振荡电路4的运算放大器的特性(压摆率等)，开始减少输出电压Va的峰值。

之后，若测定电流I为比I₂还要大的I₃，则磁芯2如图8所示的那样处于完全饱和区域，励磁线圈3的电感值L基本为零，振荡电路4变得不能振荡，从而停止振荡。

若对上述的磁芯2的环状圈内产生的测定电流I、和振荡电路4的输出电压Va的状态之间的关系进行总结，则如下所述。

(1)测定电流I＝0时

此时，振荡电路4的输出电压(矩形波电压)Va如图9(b)的实线那样，高电平和低电平为1：1的占空比。

(2)测定电流I为从0到I₁的范围内时

此时，振荡电路4的输出电压Va如图9(c)的虚线那样，其占空比根据测定电流I(电流Ia与电流Ib之差的电流值)的变化而变化。因而，在此范围内，通过检测出振荡电路4的输出电压Va的占空比，能检测出测定电流I。

(3)测定电流I为从I₁到I₂的范围内时

此时，振荡电路4的输出电压Va如图9(d)的点划线那样，其振荡频率比测定电流I＝0的情况要高。而且，振荡电路4的输出电压Va的峰值(振幅)减少。因而，在此范围内，通过检测出振荡电路4的输出电压Va的频率或振幅，能检测出测定电流I。

(4)在测定电流I为I₃以上时，振荡电路4停止振荡动作。

这样，测定电流I和振荡电路4的输出电压Va有上述(1)～(4)的关系。

所以，在本实施方式中，利用(2)(3)的关系，检测测定电流I是否为过大电流，为此，在振荡电路4的后级分别设置占空检测电路5、频率检测电路7及振荡振幅检测电路6(参照图1、图3)。

(占空检测电路等的动作)

接下来，参照图1，说明占空检测电路5、频率检测电路7及振荡振幅检测电路6各自的动作。

首先，在测定电流I为从0到I₁的范围内时，占空检测电路5的动作有效。

即，占空检测电路5分别测定振荡电路4的输出电压Va的高电平期间及低电平期间，基于该测定结果，检测输出电压Va的占空比，并基于该检测结果，检测测定电流I。此外，占空检测电路5基于检测出的占空比，检测测定电流I是否为第1过电流，在检测出第1过电流时，将表示这一情况的高电平的信号输出到或门电路9b。

接下来，在测定电流I为从I₁到I₂的范围内时，频率检测电路7和振荡振幅检测电路6的动作有效。

即，频率检测电路7基于从振荡电路4输出的输出电压Va的频率，检测测定电流I是否为第2过电流，在检测出第2过电流时，将表示这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

此外，振荡振幅检测电路6基于从振荡电路4输出的输出电压Va的峰值，检测测定电流I是否为第3过电流，在检测出第3过电流时，将表示这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

或门电路9a对频率检测电路7的输出信号和振荡振幅电路6的输出信号进行逻辑和处理，并将其处理结果输出到或门电路9b。此外，或门电路9b对占空检测电路5的输出信号和或门9a的输出信号进行逻辑和处理。

因此，或门电路9b在从占空检测电路5、频率检测电路7、及振荡振幅检测电路6中的任一电路输入高电平的信号时，输出检测出过电流这一情况的高电平的信号。

更具体而言，如图2所示，占空比检测电路51分别测定从振荡电路4输出的输出电压Va的高电平期间及低电平期间，基于该测定结果，检测占空比。比较电路52将占空比检测电路51检测出的占空比与预定的基准值进行比较，在该占空比为基准值以下时，将表示测定电流I为第1过电流这一情况的高电平的信号输出到或门电路9b。

高通滤波电路71对从振荡电路4输出的输出电压Va进行滤波处理。此处，若振荡电路4的输出电压Va的频率变高，则高通滤波电路71的输出电压随之增加。

绝对值检测电路72检测高通滤波电路71的输出电压的绝对值。比较电路73将绝对值检测电路72检测出的绝对值与对应于第2过电流而预先决定的基准电压V1进行比较，在该绝对值为基准电压V1以上时，将表示测定电流I为第2过电流这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

此外，绝对值检测电路61检测从振荡电路4输出的矩形波电压的绝对值。比较电路62将绝对值检测电路61检测出的绝对值与对应于第3过电流而预先决定的基准电压V2进行比较，在该绝对值为基准电压V2以下时，将表示测定电流I为第3过电流这一情况的高电平的信号输出到或门电路9a。

或门电路9a对比较电路73的输出信号和比较电路62的输出信号进行逻辑和处理，并将其处理结果输出到或门电路9b。因此，或门电路9b在从比较电路52、比较电路62、比较电路73中的任一电路输入高电平的信号时，输出高电平的信号，以作为表示测定电流I为过电流这一情况的正式信号。

[实施方式的效果]

如上所述，本实施方式中，在测定电流I为从0到I₁的范围内时，占空检测电路5检测振荡电路4的输出电压Va的占空比，基于该检测，检测第1过电流。

此外，本实施方式中，在测定电流I为从I₁到I₂的范围内时，频率检测电路7基于振荡电路4的输出电压Va的振荡频率变化，检测第2过电流，并且，振荡振幅检测电路6基于该输出电压Va的振幅变化，检测第3过电流。

进一步地，本实施方式中，在从占空检测电路5、频率检测电路7、及振荡振幅检测电路6中的任一电路输出表示是过电流这一情况的高电平的信号时，将其输出。

因此，根据本实施方式，在导线1a、1b的至少一方中有过电流流过的情况下，无论振荡电路4有无停止振荡，都能检测出该过电流。而且，根据本实施方式，在有过电流流过的情况下，能在较宽的检测范围内高精度地检测出过电流。

此外，根据本实施方式，能以高精度检测出微小电流，而不会像现有例中使用两个磁芯的情况那样因芯材料特性的差异而导致S/N比发生下降。

而且，能在不像上述现有例那样使用磁性传感器等的情况下检测出电流，因此，能提供坚固的、较少受到周围环境条件的影响的电流检测装置。

[实施方式的变形例]

(1)上述实施方式中，对使用两根导线1a、1b并检测出其中流过的电流之差的情况进行了说明，但本发明并不限于此，也可适用于检测出一根导线中流过的微小电流的情况。

(2)上述实施方式中，使用了两个或门电路9a、9b，但也可将其置换成一个或门电路。在此情况下，占空检测电路5、振荡振幅检测电路6、及频率检测电路7的各输出信号输入到一个或门电路以进行处理。

(3)上述实施方式中，若使用占空检测电路5、振荡振幅检测电路6、及频率检测电路7各自的输出信号，按该信号例如将灯点亮，则能肉眼识别出过电流的检测状态，较为便利。

标号说明

1a、1b 导线

2 磁芯

3 励磁线圈

4 振荡电路

5 占空检测电路

6 振荡振幅检测电路

7 频率检测电路

9a、9b 或门电路

51 占空比检测电路

52 比较电路

61 绝对值检测电路

62 比较电路(比较器)

71 高通滤波电路

72 绝对值检测电路

73 比较电路(比较器)

Claims (8)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：

励磁线圈，该励磁线圈卷绕于磁芯，该磁芯包围供测定电流流动的导线；

振荡单元，该振荡单元根据设定的阈值，产生在所述磁芯处于饱和状态或接近饱和状态时，将提供给所述励磁线圈的励磁电流的磁性反转的矩形波电压；

电流检测单元，该电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比变化，检测所述测定电流；

第1过电流检测单元，该第1过电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的频率，检测所述测定电流的过电流；以及

第2过电流检测单元，该第2过电流检测单元基于从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的峰值，检测所述测定电流的过电流。

2.如权利要求1所述的电流检测装置，其特征在于，

所述电流检测单元检测所述矩形波电压的占空比变化，根据该检测结果，检测出所述测定电流的第1过电流，

所述第1过电流检测单元检测所述矩形波电压的频率变化，根据该检测结果，检测出所述测定电流的第2过电流，

所述第2过电流检测单元检测所述矩形波电压的峰值变化，根据该检测结果，检测出所述测定电流的第3过电流。

3.如权利要求2所述的电流检测装置，其特征在于，

还包括输出单元，该输出单元在所述电流检测单元检测出所述测定电流的第1过电流、所述第1过电流检测单元检测出所述测定电流的第2过电流、或所述第2过电流检测单元检测出所述测定电流的第3过电流时，输出所述测定电流为过电流的信号。

4.一种电流检测装置，其特征在于，包括：

励磁线圈，该励磁线圈卷绕于磁芯，该磁芯包围供测定电流流动的导线；

振荡单元，该振荡单元根据设定的阈值，产生在所述磁芯处于饱和状态或接近饱和状态下时，将提供给所述励磁线圈的励磁电流的磁性反转的矩形波电压；

电流检测单元，该电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比，根据该检测结果，检测所述测定电流是否为第1过电流；

第1过电流检测单元，该第1过电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的频率变化，根据该检测结果，检测出所述测定电流是否为第2过电流；以及

第2过电流检测单元，该第2过电流检测单元检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的峰值变化，根据该检测结果，检测出所述测定电流是否为第3过电流。

5.如权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，

所述电流检测单元包括：

占空比检测电路，该占空比检测电路检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的占空比；以及

第1比较电路，该第1比较电路将占空比检测电路检测出的占空比与预定的基准值进行比较，在所述占空比为所述基准值以下时，输出表示所述测定电流被检测为第1过电流的信号。

6.如权利要求4或5所述的电流检测装置，其特征在于，

所述第1过电流检测单元包括：

高通滤波电路，该高通滤波电路对从所述振荡单元输出的所述矩形波电压进行滤波处理；

第1绝对值检测电路，该第1绝对值检测电路检测所述高通滤波电路的输出的绝对值；以及

第2比较电路，该第2比较电路将所述第1绝对值检测电路检测出的绝对值与预定的第1基准值进行比较，在所述绝对值为所述第1基准值以上时，输出表示所述测定电流被检测为第2过大电流的信号。

7.如权利要求4至6中任一项所述的电流检测装置，其特征在于，

所述第2过电流检测单元包括：

第2绝对值检测电路，该第2绝对值检测电路检测从所述振荡单元输出的所述矩形波电压的绝对值；以及

第3比较电路，该第3比较电路将所述第2绝对值检测电路检测出的绝对值与预定的第2基准值进行比较，在所述绝对值为所述第2基准值以下时，输出表示所述测定电流被检测为第3过大电流的信号。

8.如权利要求7所述的电流检测装置，其特征在于，

还包括或门电路，该或门电路输入所述第1比较电路的输出信号、所述第2比较电路的输出信号、以及所述第3比较电路的输出信号，

所述输出信号分别为高电平的信号。